Depois de ser revelado pelo Flamengo e atuar pelo Cruzeiro, o ainda meio-campista Felipe Melo chegou a Porto Alegre para defender a camisa do Grêmio em 2004. Fez sua estreia com a camisa tricolor em maio daquele ano, na derrota em casa por 2 a 1 para o São Caetano, partida em que acabou sendo expulso. O ano foi longo para o jogador (21 partidas e três gols), mas também para a torcida que viu o Tricolor ser rebaixado para a Série B do Brasileirão ao final daquela temporada. O Grêmio disputou a segunda divisão em 2005 e Felipe Melo teve sua primeira experiência no futebol europeu.
O jogador chegou à Espanha para defender o Mallorca, ficou alguns meses e se transferiu para o Racing Santander. De lá foi para o Almería, começando a ganhar destaque no cenário internacional. Suas atuações chamaram a atenção da Fiorentina, da Itália, para onde o volante rumou na temporada de 2008. Seu desempenho em Florença o garantiu na primeira convocação para a Seleção, um amistoso contra a seleção italiana, vencido por 2 a 0.
Felipe foi contratado pela Juventus por 25 milhões de euros em julho de 2009, quando já havia se tornado presença frequente nas convocações de Dunga e já tinha conquistado a Copa das Confederações daquele ano. Então com 26 anos, o volante era titular indiscutível da Seleção.
Enquanto era jogador da equipe de Turim, disputou a Copa do Mundo de 2010, na África do Sul. Vinha sendo um dos melhores jogadores daquela equipe, mas nas quartas de final contra a Holanda, com o Brasil precisando buscar o empate, foi expulso após pisar em Robben, meia-atacante holandês. Foi apontado como grande vilão pela eliminação brasileira e, desde então, nunca mais foi convocado. Ficou mais uma temporada na Juventus e depois foi negociado com o Galatasaray, da Turquia.
Por seu estilo de jogo e sua entrega dentro de campo, Felipe Melo acabou se tornando um dos principais nomes do time turco e virou ídolo para os torcedores do Galatasaray. Lá, se tornou capitão e conquistou sete títulos.
Em 2015, voltou para a Itália, mas dessa vez para defender a Inter de Milão. Não conseguiu manter as boas atuações e ficou pouco tempo no clube milanês, retornando ao Brasil no meio da temporada de 2017 para ser um dos grandes jogadores do elenco milionário do Palmeiras. Seguindo seus ideais de jogo, envolveu-se em polêmicas e expulsões, mas conquistou o Brasileirão de 2018. Segue no elenco palmeirense nesta temporada.